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5.3 现代生物进化理论

基因突变、基因重组、染色体变异与生物进化 · 高三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 研究种群基因频率随时间变化及物种形成机制的现代理论体系。

从哪来 基于5.5 基因与性状的关系理解表现型变异来源,结合1.4 自由组合定律与5.1 连锁遗传解释基因重组产生多样性,并依托6.2 DNA复制、转录、翻译的比较理解基因突变与基因表达的分子基础。

为什么 自然选择不是直接选择“个体”或“性状”,而是通过保留有利基因、淘汰不利基因,改变种群基因库中特定等位基因的频率。只有当基因频率发生定向改变,种群才发生进化;当基因库差异大到产生生殖隔离,新物种才形成。

适合:逻辑抽象思维强、喜欢数学推导的学生** **核心逻辑:基因频率计算模型** 1. **定义核心
进化 = 种群基因频率的改变。 2. 推导过程: - 假设一个种群中 AA=40%, Aa=40%, aa=20%。 - 计算初始 A 的基因频率:$40\% + 40\%/2 = 60\%$。 - 假设环境变化,aa 个体全部死亡,Aa 存活率减半。 - 重新计算存活个体的基因型比例,再计算新的 A 基因频率。 - 结论:只要基因频率变了,就是进化了。 3. 关键点:强调“种群”是进化的基本单位,不是个体。个体不进化,种群才进化。
适合:形象思维强、喜欢故事和类比的学生** **核心逻辑:池塘里的鱼群** 1. **场景设定
一个池塘里有黑鱼和白鱼(由基因控制)。 2. 突变与重组: - 突变:偶尔出现一条蓝鱼(新基因)。 - 重组:黑鱼和白鱼交配,生出灰鱼(基因重组,对应1.4 自由组合定律)。 3. 自然选择: - 捕食者喜欢抓黑鱼(因为显眼)。 - 结果:白鱼和蓝鱼活下来的多,黑鱼活下来的少。 - 关键:不是鱼“想”变白,而是黑鱼被吃掉了,导致下一代中“白基因”比例上升。 4. 隔离与物种: - 如果池塘被大坝分成两半,两边鱼群基因库逐渐不同,最后不能交配了,就成了两个物种。
适合:基础薄弱、需要厘清概念边界的学生** **核心逻辑:三把钥匙开锁** 1. **第一把钥匙:变异提供原材料** - 来源:基因突变(DNA复制错误,见**6.2**)、基因重组(减数分裂,见**1.4**)、染色体变异。 - 特点:不定向、随机。 2. **第二把钥匙:自然选择决定方向** - 作用:定向改变基因频率。 - 结果:适者生存,不适者被淘汰。 3. **第三把钥匙:隔离导致物种形成** - 地理隔离:阻断基因交流。 - 生殖隔离:新物种形成的标志。 - **口诀
变异是原料,选择是方向盘,隔离是终点站。
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练一道
基础题
某植物种群中,基因型 AA 占 36%,Aa 占 48%,aa 占 16%。 (1) 该种群中 A 的基因频率是多少? (2) 若该种群随机交配一代,子代中 aa 的基因型频率是多少?(假设无选择、无突变、无迁移)
变式
接上题,若环境变化导致 aa 个体完全不能存活(选择系数 s=1),Aa 和 AA 存活率相同。 (1) 存活个体中 A 的基因频率是多少? (2) 存活个体随机交配,子代中 aa 的频率是多少?
试试手自己判
检测题
一个种群中,基因型 AA 占 1%,Aa 占 2%,aa 占 97%。 (1) 该种群是否处于哈迪-温伯格平衡状态? (2) 若该种群随机交配一代,子代中 A 的基因频率是多少? (3) 如果环境变化使得 aa 个体存活率极低,经过几代后,A 的基因频率会如何变化?
看答案和判分标准
答案:(1) 否。A 频率 = $1\% + 1\% = 2\%$,a 频率 = 98%。平衡时 aa 应为 $98\%^2 = 96.04\%$,而实际为 97%,接近但不完全符合(或计算 AA 应为 $0.04\%$,实际 1%)。更简单判断:$p^2 + 2pq + q^2$ 是否等于实际比例。$0.02^2 + 2 \times 0.02 \times 0.98 + 0.98^2 = 0.0004 + 0.0392 + 0.9604 = 1.0$。实际 AA=0.01, Aa=0.02, aa=0.97。$0.01 \neq 0.0004$,所以不平衡。 (2) 随机交配不改变基因频率(无选择、突变等),所以 A 的基因频率仍为 2%。 (3) A 的基因频率会升高。因为 aa 被淘汰,a 基因减少,A 基因相对比例增加。
判对标准:
- (1) 答“否”且能指出基因频率计算或平衡公式应用错误得 2 分。
- (2) 答“2%”并说明随机交配不改变基因频率得 2 分。
- (3) 答“升高”并解释自然选择定向改变基因频率得 2 分。
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